An Chemie/Physik-Kenner: Dichte - Hydrophobie - Löslichkeit - Emulsion

[pm.diebelshausen]

Als Erzieher muss man ja so ziemlich alles drauf haben. Ich brauche eine wissenschaftliche Deutung zu einem kleinen Experiment mit Wasser, Öl, Salz und Spülmittel. Da ich nicht besonders versiert auf dem Gebiet des Spülens bin, habe ich rumrecherchiert und mir meine Erklärungen und Details aus verschiedenen Internetseiten zusammengetragen. Vielleicht kann das mal jemand lesen und ggf. korrigieren oder um Wichtiges ergänzen, falls notwendig. Bin für jeden Hinweis dankbar.



Experiment: Die Wasser-Öl-Lavalampe


Durchführung:

Man fülle ein durchsichtiges Glas mit Leitungswasser. Dann gebe man Speiseöl hinzu, z.B. Olivenöl, das sich durch seine bräunliche Färbung vom klaren Wasser gut abhebt. Zu beobachten ist, dass sich das Öl auf der Oberfläche des Wassers sammelt. Nun gebe man gemahlenes Salz auf das Öl: es sinkt durch das Öl nach unten und durch das Wasser bis auf den Grund des Glases. Dabei nimmt es Tropfen des Öls mit. Am Boden angelangt lösen sich diese Tropfen und steigen wieder zur Oberfläche des Wassers auf. Der optische Eindruck erinnert an die Bewegungen in einer Lavalampe.


Wissenschaftliche Deutung:

Gleich drei Phänomene werden hier sichtbar: die Hydrophobie sowie die geringere Dichte des Öls in Relation zum Wasser und die Löslichkeit von Salz.

Das Öl hat eine geringere Dichte (Dichte = Masse : Volumen) als das Wasser, ist also leichter. Deshalb schwimmt es auf dessen Oberfläche.

Das Öl ist aber auch nicht in Wasser löslich: es ist hydrophob, was bedeutet, dass es nicht mit Wasser gemischt werden kann (Altgriechisch: hydor = Wasser und phobos = Furcht). Um das noch deutlicher zu sehen, kann man in oben beschriebenem Experiment Wasser und Öl kräftig mit einem Löffel umrühren: schnell trennt sich das Öl wieder vom Wasser und nach kurzer Zeit schwimmt es wieder obenauf.

Zu dem Lavalampeneffekt mit dem Salz kommt es, weil das Salz in Wasser löslich ist. Die Löslichkeit (Gramm pro 100 Liter) des Reinstoffes Kochsalz (Natriumchlorid) liegt bei 35,9 g / 100 g Wasser. Das Salz hat im Gegensatz zum Öl eine höhere Dichte als Wasser, ist also schwerer und sinkt nach unten. Dabei nimmt es etwas Öl mit, denn Salz lässt sich auch in Öl lösen bzw. sich mit diesem mischen. Sobald sich das Salz aber unten angekommen im Wasser auflöst, verliert das mitgenommene Öl seinen Halt und steigt aufgrund seiner Eigenschaften der geringeren Dichte und der Hydrophobie wieder nach oben.

Zerstören kann man die Lavalampe, indem man Spülmittel hinzu rührt. Das Spülmittel funktioniert als Emulgator (Synonym: Tensid), der sich sowohl mit Öl, als auch mit Wasser mischen lässt. Der Emulgator umschließt feinste Tröpfchen des Öls und mischt sich seinerseits im Wasser. Dabei muss Arbeit aufgewendet werden, da die höhere Anzahl kleinerer Öltröpfchen eine größere Oberfläche bzw. Grenzfläche zum Wasser hat als die energetisch günstigere Ansammlung des Öls an der Wasseroberfläche als einzige Grenzfläche. Diese Arbeit wird beim Umrühren mit dem Löffel mechanisch geleistet und die dabei auftretenden Scherkräfte zerteilen das Öl in zunehmend kleinere Tröpfchen. So entsteht eine Emulsion (flüssiges Gemisch öliger Stoffe in Wasser): das Wasser-Öl-Gemisch wird trübe und das Öl setzt sich nicht mehr vollständig auf der Wasseroberfläche ab. Auf diese Weise reinigt man z. B. fettiges Geschirr.

[neo.fs]

guten morgen,
das schaut schon sehr gut aus wie ich finde. 
gruss, neo